截锥型薄壁结构声振耦合动力特性分析白长青.pdfVIP

第27 卷 第 1 期 应 用 力 学 学 报 Vol.27 No.1 2010 年 3 月 CHINESE JOURNAL OF APPLIED MECHANICS Mar.2010 文章编号：1000-4939 （2010 ）01-0028-05 截锥型薄壁结构声振耦合动力特性分析 白长青 周进雄 闫桂荣 （西安交通大学 710049 西安） 摘要：采用大型通用软件 ANSYS ，建立截锥型薄壁结构的实体有限元动力学模型，通过与相关 实验数据的对比验证了模型合理性。据此，利用无限元模拟自由声场边界，建立声场－截锥型薄 壁结构的直接耦合有限元动力学模型。通过数值仿真分析研究了声场中截锥壳结构的振动特性， 并讨论了声振动对结构动力特性的影响。研究结果表明：数值仿真结果和截锥壳声振实验数据比 较一致。在考虑声场影响后发现：结构位移共振频率值大多有所降低，结构位移共振频率数量显 著增多；在低频下，结构位移响应峰值在声场的影响下明显增大；在高频下则明显减小。 关键词：声振耦合；动力特性；声场；结构振动 中图分类号：O327 文献标识码：A 壳结构振动的解析公式[1-2] 。对振动表面的声辐射问 1 引 言 题进行研究的很多，文献 [3-4]进行了结构振动声辐 射的模态分析；文献 [5]通过数值和实验研究了不同 厚度开孔壁振动结构的声辐射；文献 [6-8]系统讨论 现代航空航天飞行器的研制要求精确的气动计 了声辐射模态问题；文献 [9]研究了结构振动模态和 算和性能预测。在飞行器的发射过程中气动噪声及其 声辐射模态之间的对应关系。但是考虑声振耦合进 声振耦合一直是倍受关注的问题。截锥壳结构在流场 行结构动力特性研究的工作不多，文献 [10]用湿模 中振动会带动其周围流体介质一起振动而产生声波， 态法计算流体的附加质量，对水下结构的声振耦合 而声波又会产生压力作用在结构上。结构在声场中的 系统的特征值进行了计算；文献 [11]考虑声辐射对 特性可以通过实验和计算进行分析研究，简化的计算 水下结构的动力响应进行了研究，但只是用边界元 方法是将流体对结构的影响考虑成附加质量。但是声 求出声场的附加质量和阻尼系数，然后代入结构的 场和结构在本质上是相互耦合作用的，要进行声场和 质量矩阵和阻尼矩阵进行求解，都没有考虑直接耦 结构的耦合振动分析就需要建立声与结构的耦合方 合；文献 [12]总结了近 50 年声场-弹性问题的发展， 程。流体-结构耦合分析方法可以分为直接耦合方法和 指出声振耦合会明显改变系统的动力学行为，而相 间接（顺序）耦合方法两类。直接耦合方法通常是指 互接触的可压缩流体和薄壁结构振动问题受到普遍 使用包含所有必需自由度的耦合场单元类型直接进